نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

مدلسازی و برآورد رطوبت خاک با تلفیق قابلیت‌های سنجش‌ازدور و مدل‌های رگرسیونی و یادگیری ماشین (مورد مطالعه: شهرستان ساری)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
چکیده
ارزیابی و مدل‌سازی میزان رطوبت خاک می‌تواند به‌عنوان یکی از شاخصه‌های کشاورزی هوشمند تعریف شود. رطوبت خاک به‌شدت بر رشد گیاه و در نتیجه بهره‌وری کشاورزی تاثیر می‌گذارد. روش‌های میدانی برآورد رطوبت خاک از روش جرمی گرفته تا روش انعکاس‌سنجی زمانی در سطح محلی دقت بالایی دارند امّا برای یک منطقه بزرگ بسیار پرهزینه و زمان‌بر هستند. برای کاهش هزینه و وقت و برآوردهای سراسری رطوبت خاک، می‌توان از مدل‌ها و فناوری سنجش‌ازدور استفاده کرد. در پژوهش حاضر با به‌کارگیری شاخص‌های دورسنجی متنوع که از باندهای مختلف ماهواره‌های لندست 8-9 و سنتینل 2 به‌دست آمد، مدلسازی مکانی-زمانی رطوبت خاک با استفاده از روش‌های رگرسیون گام‌به‌گام، رگرسیون وزن‌دار جغرافیایی و مدل جنگل تصادفی انجام شد. مطابق با نتایج، شاخص NSMI به‌عنوان یکی از شاخص‌های موثر با همبستگی مثبت بوده که ضریب پیرسون بیش از 75 درصد و ریشه میانگین مربعات خطای 018/0 داشت. همچنین دو سناریوی شماره 3 و 4 بهترین همبستگی را با رطوبت خاک سطحی داشت و رابطه همبستگی این دو سناریو با محدوده RMSE 026/0-011/0 برآوردهای دقیقی از رطوبت خاک ارائه داد. بنابراین، استفاده از باندهای طیفی مختلف ماهواره‌ای، به‌عنوان روشی غیرمستقیم، سریع، کم‌هزینه و با دقت قابل‌قبول، برای تخمین رطوبت سطحی خاک و پایش منظم این متغیر مهم هیدرولوژیکی و آب‌وهوایی توصیه می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling and estimating soil moisture by combining remote sensing capabilities with regression and machine learning models (Case study: Sari County)

نویسندگان English

Mojtaba Khoshravesh 1
Fatemeh Jafari Sayadi 2
1 Associate Professor. Department of Water Engineering. Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU), Sari, Iran.
چکیده English

Soil moisture assessment and modeling can be defined as one of the indicators of smart agriculture. Soil moisture greatly affects plant growth and, consequently, agricultural productivity. Field methods for estimating soil moisture, from θm to TDR, are highly accurate at the local level, but they are very costly and time-consuming for a large area. Remote sensing models and technology can be used to reduce costs and time and provide global estimates of soil moisture. In the present study, by using various remote sensing indices obtained from different bands of Landsat 8-9 and Sentinel 2 satellites, spatio-temporal modeling of soil moisture was performed using stepwise regression, geographical weighted regression, and random forest models. According to the results, the NSMI index was one of the effective indices with positive correlation, with a Pearson coefficient of more than 75 percent and a RMSE of 0.018. Also, scenarios 3 and 4 had the best correlation with surface soil moisture, and the correlation between these two scenarios provided accurate estimates of soil moisture with an RMSE range of 0.011-0.026. Therefore, the use of different satellite spectral bands is recommended as an indirect, fast, low-cost, and acceptable-accuracy method for estimating surface soil moisture and regular monitoring of this important hydrological and climatic variable.

کلیدواژه‌ها English

Geographic Weighted Regression
Random Forest
Remote Sensing Indices
Smart Agriculture
Stepwise Regression

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 آبان 1405